中国船厂焊接烟尘暴露特征与职业健康风险评估：为精准防护提供多维度科学依据

《Toxics》：Welding Fumes in a Chinese Shipyard: Exposure Characteristics and Occupational Health Risk Assessment Yulu Hu, Jingbo Zhang, Xiangpei Lyu, Chunhui Ni and Huanqiang Wang

本文聚焦焊接烟尘这一被国际癌症研究机构(IARC)列为I类致癌物的职业危害，通过对中国一家典型船厂的全维度匹配数据（粉尘浓度-粒径分布-金属成分）分析，揭示了受限空间、熔化极气体保护焊(GMAW)是高风险因素，可吸入性粉尘(Respirable Dust)中金属（特别是Mn、Ni、Cr）富集程度更高、健康风险更显著。研究明确了优先控制靶点，并首次论证了针对船厂焊接作业，个体采样比区域采样在风险评估上更具针对性和精准性，为我国亟需建立焊接烟尘可吸入性粉尘的职业接触限值(PC-TWA)提供了关键数据和理论支撑。

　　

焊接烟尘在造船等行业中严重威胁工人健康，其含有多种金属成分，且粒径微小（94.2%小于5 μm，多在0.01-0.4 μm），可深入肺部，已被IARC列为I类人类致癌物。本研究于2015年在某大型造船企业系统调查了焊接烟尘的暴露浓度、粒径分布及有害金属含量，旨在为精准的职业暴露风险评估和防护提供依据。

研究地点与方法

研究在一家涵盖多种工作场所（室内、室外、受限空间）和主流焊接工艺（熔化极气体保护焊GMAW、焊条电弧焊SMAW、埋弧焊SAW）的大型船企进行。采样严格遵循国家标准，包括区域采样（总粉尘和可吸入性粉尘）和个体采样（可吸入性粉尘）。使用光学粒径谱仪实时测量粒径分布（0.25–32 μm），并用电感耦合等离子体发射光谱/质谱法(ICP-OES/ICP-MS)分析铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)、镍(Ni)、铜(Cu)、铬(Cr)浓度。采用美国环保署(US EPA)推荐的吸入风险评估模型进行健康风险评价。

焊接烟尘浓度分布特征

在36个总粉尘样品中，超标率（>4 mg/m³）达47.2%。受限空间的总粉尘超标率高达91.7%，浓度显著更高。不同焊接工艺间暴露浓度也存在显著差异，GMAW的总粉尘超标率为54.8%，暴露水平最高。个体采样的可吸入性粉尘中位浓度（13.03 mg/m³）高于区域采样的总粉尘（3.50 mg/m³）和可吸入性粉尘（3.22 mg/m³）。

焊接烟尘粒径分布规律

焊接烟尘的质量浓度和数量浓度均以小于1.00 μm的颗粒为主，呈现典型的双峰分布：第一个质量浓度峰出现在0.25–0.45 μm粒径段，第二个峰在4.00–6.50 μm段。

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  焊接地点影响：室内工作点的PM₁、PM_2.5、PM₁₀质量浓度均显著高于室外点。
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  距离影响：距离焊点越远（2 m > 10 m > 30 m），颗粒数量浓度及PM₁、PM_2.5、PM₁₀的质量浓度均显著下降。
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  焊接工艺影响：对于亚微米颗粒，GMAW产生的质量和数量浓度均显著高于SMAW和SAW。三种颗粒物的质量浓度分布一致表现为GMAW > SMAW > SAW。

工作场所空气中金属浓度特征

金属浓度水平存在差异：Fe、Mn、Zn浓度在10²μg/m³水平，而Ni、Cu、Cr在10⁰–10^?1μg/m³水平。关键发现是，在区域采样配对样本中，所有6种金属在可吸入性粉尘中的浓度均显著高于总粉尘。个体采样中的Fe、Mn、Zn、Cu浓度通常也高于区域采样。相关性分析显示，在可吸入性粉尘中，Fe与Mn呈强相关。

金属浓度与工作条件关联

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  焊接地点：受限空间是Fe和Mn的高暴露区域，但不同地点间的金属浓度差异未达统计学显著性。
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  焊接工艺：个体采样结果显示，金属浓度总体趋势为GMAW > SMAW > SAW。
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  采样方法对比：Fe和Mn与三种粉尘浓度均呈强相关。总体而言，个体采样可吸入性粉尘与金属元素的相关性略高于区域采样。

吸入风险评估结果

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  非致癌风险：锰(Mn)的风险商(HQ)远大于1，是风险最高的元素。镍(Ni)和铬(Cr)在大多数采样点HQ也大于1，存在明确的非致癌健康风险。而铁(Fe)、锌(Zn)、铜(Cu)的HQ均小于1，风险可忽略。不同工艺的非致癌风险趋势为GMAW > SMAW > SAW。
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  致癌风险：对镍(Ni)的评估显示，区域采样计算出的终生致癌风险(LCR)中位数均超过10^?6的阈值，提示潜在致癌风险；而大多数个体采样结果低于此阈值。GMAW工艺的EC和LCR水平最高。

讨论与系统防控建议

基于“源头控制-工程控制-个体防护-健康监护-标准完善”的全链条逻辑，提出系统防控建议：

1. 1.
   源头控制：采用自动化设备、选用低毒焊材、优化工艺（如避免使用烟尘量大的药芯焊丝FCAW）。
2. 2.
   工程控制：将受限空间和GMAW工艺作为重点管控对象。室内场所应加强局部和全面通风，室外场所应利用自然通风并辅以移动式除尘设备。
3. 3.
   个体防护：鉴于PM₁主导的暴露特征，焊工必须严格佩戴N95/KN95或更高级别呼吸防护器具(PAPR)。
4. 4.
   健康监护：个体采样能更精准反映焊工实际暴露水平，应优先用于风险评估。需特别关注Mn暴露引起的神经毒性（可能导致“锰中毒”）及Ni、Cr的长期健康影响，为工人建立职业健康档案并定期进行神经和呼吸系统专项检查。
5. 5.
   标准完善：研究发现可吸入性粉尘中金属富集程度更高、健康风险更大。然而，中国现行标准(GBZ 2.1-2019)仅规定了焊接烟尘总粉尘的限值，缺乏对可吸入性粉尘的专门限值。呼吁借鉴德国MAK委员会的经验，尽快制定焊接烟尘可吸入性粉尘的职业接触限值，实现从“总尘控制”到“分级精准控制”的转变。

结论

本研究揭示了中国船厂焊接烟尘暴露以细颗粒物为主，且在受限空间和GMAW工艺中浓度最高；金属成分在可吸入性粉尘中显著富集，导致Mn、Ni、Cr等元素带来显著的非致癌及潜在致癌风险。研究论证了个人采样在移动焊接作业风险评估中更具针对性。最终，提出了针对性的分级防控策略，并强调了中国亟需建立焊接烟尘可吸入性粉尘职业暴露限值的紧迫性，为实施精准风险管控和制定有效防护措施提供了科学依据。